新生鼠PFOS低劑量慢暴露對成年后神經(jīng)行為的影響

楊生森,郭若冰,楊維才,康紅霞,沙永威，田建英,*

1. 寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院，銀川 750004 2. 寧夏醫(yī)科大學(xué),銀川 750004

?

新生鼠PFOS低劑量慢暴露對成年后神經(jīng)行為的影響

楊生森1,2,郭若冰1,楊維才2,康紅霞2,沙永威2，田建英2,*

1. 寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院，銀川 750004 2. 寧夏醫(yī)科大學(xué),銀川 750004

為觀察新生鼠全氟辛烷磺酸(PFOS)低劑量慢暴露對其成年后神經(jīng)行為和海馬組織影響，選取出生后5-7 d雄性SD幼鼠80只，按體重隨機(jī)分為4組，分別為對照組(Con)、低劑量組(P5)、中劑量組(P10)、高劑量組(P20)，每組各20只。從PND7開始染毒，共染毒12周，動(dòng)態(tài)記錄體重，并進(jìn)行水迷宮、曠場實(shí)驗(yàn)、滾輪實(shí)驗(yàn)觀察神經(jīng)行為變化，同時(shí)取材進(jìn)行HE染色，觀察海馬形態(tài)學(xué)改變。結(jié)果顯示與Con組比較，P20組染毒8 d后出現(xiàn)體重增長減緩(P<0.05)，4周時(shí)P10和P20組死亡率明顯升高；并且P10、P20組在4周，P5組在8周時(shí)，水迷宮實(shí)驗(yàn)逃逸潛伏期延長，目標(biāo)象限停留時(shí)間縮短；P10、P20組大鼠在4周，P5組在8周時(shí)，曠場實(shí)驗(yàn)中央格停留時(shí)間延長，站立次數(shù)減少，行走總距離縮短；滾輪試驗(yàn)中，對照組和P5組肢體運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力無顯著性差異。P5組在染毒12周時(shí)出現(xiàn)海馬神經(jīng)元排列紊亂，胞核固縮及胞體脹大，CA1區(qū)細(xì)胞和齒狀回閂區(qū)神經(jīng)前體細(xì)胞數(shù)量明顯少于Con組(P<0.01)。上述結(jié)果表明，大鼠幼年P(guān)FOS低劑量慢暴露可損害其成年后空間學(xué)習(xí)記憶及自主探究能力，這種損害可能與海馬神經(jīng)元發(fā)生不足有關(guān)

全氟辛烷磺酸；PFOS；新生鼠；神經(jīng)行為；成年；低劑量；慢暴露

Received 10 December 2015 accepted 1 February 2016

全氟辛烷磺酸(perfluorooetane sulfonate,PFOS)是全氟化合物(prenuoroehemieals,PFCs)的代表性化合物及其終極代謝產(chǎn)物。PFOS具有難降解性，在環(huán)境中持續(xù)存在，可隨著食物鏈逐級(jí)蓄積到較高位營養(yǎng)級(jí)動(dòng)物體內(nèi)。研究表明，PFOS可引起神經(jīng)毒性[1]，且毒性效應(yīng)持久，較其他系統(tǒng)危害嚴(yán)重，因此，PFOS的神經(jīng)毒性倍受關(guān)注。學(xué)習(xí)和記憶作為神經(jīng)系統(tǒng)的高級(jí)認(rèn)識(shí)功能，而新生期為神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，其發(fā)育易受到外界環(huán)境影響，其功能是否正常取決于神經(jīng)發(fā)育早期。也有研究表明，PFOS可透過胎盤屏障和血腦屏障富集于胚胎和腦組織[2-3]，可引起乳鼠認(rèn)知功能、運(yùn)動(dòng)功能及空間記憶功能損傷[4-5]。然而，關(guān)于PFOS低劑量慢暴露是否影響新生鼠成年后的神經(jīng)行為尚不清楚。本研究采用新生鼠PFOS低劑量慢暴露對成年后神經(jīng)行為和海馬組織的影響，為PFOS的遠(yuǎn)期神經(jīng)毒性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法 (Materials and methods)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與分組

PFOS(純度≥98.0%，美國Sigma公司)，使用時(shí)用2%吐溫-80助溶(純度99%，上海晶純實(shí)業(yè)有限公司)。Morris水迷宮和Water Maze處理軟件(北京碩林苑科技公司，中國)；礦場實(shí)驗(yàn)和滾輪實(shí)驗(yàn)(成都泰盟有限公司)；組織包埋機(jī)(金華科迪儀器設(shè)備有限公司)；RM2235石蠟切片機(jī)(德國Leica)。

領(lǐng)取PND5-7(postnatal day)的SD(Sprague-Dawley)雄性幼鼠80只(寧夏醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，許可證號(hào)(SCXK(寧)2011-0001))，與母鼠分籠喂養(yǎng)，自由取食飲水。實(shí)驗(yàn)前，幼鼠在安靜環(huán)境下適應(yīng)飼養(yǎng)2 d，飼養(yǎng)溫度為(20士2) ℃，相對濕度為50%～60%，噪音小于70 db，自然光照。

80只雄性幼鼠按體重隨機(jī)分為4組，分別為對照組Con(含2%吐溫-80的生理鹽水組)、低劑量組P5(5 mg·kg-1PFOS組)、中劑量組P10(10 mg·kg-1PFOS組)、高劑量組P20(20 mg·kg-1PFOS組)，每組各20只。染毒容量為5 mL·kg-1，從PND7開始給藥，每天腹腔注射1次，連續(xù)染毒4周，4周后改為間隔1天給藥1次至染毒12周，分別在染毒4周、8周、12周行水迷宮、曠場實(shí)驗(yàn)及滾輪實(shí)驗(yàn)。

每次行為學(xué)測試結(jié)束后，4組隨機(jī)選取3只仔鼠腹腔注射10%水合氯醛麻醉，灌注后取腦組織，用4%的多聚甲醛固定樣品，用于組織石蠟切片。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 一般情況

觀察大鼠的精神、飲食、活動(dòng)，并分別在染毒4、8、12、21 d及4、8、12周時(shí)記錄體重。

1.2.2 曠場實(shí)驗(yàn)

評(píng)價(jià)大鼠的行為活躍程度和自主活動(dòng)變化，以及在一個(gè)陌生環(huán)境中對外界事物的探索能力。曠場實(shí)驗(yàn)箱(100 cm×100 cm×50 cm規(guī)格的木質(zhì)敞箱)試驗(yàn)箱周壁為黑色的曠場，底部劃分為25個(gè)大小均等的方格，中間的9個(gè)方格稱為中央格，箱子頂部中央安置有與記錄系統(tǒng)相連接的攝像機(jī)，通過系統(tǒng)分析大鼠實(shí)時(shí)圖像以獲得大鼠在曠場中的行為數(shù)據(jù)。每次實(shí)驗(yàn)將大鼠從木箱底面中心放入。測試時(shí)，大鼠可在箱子中自由行走5 min，記錄修飾次數(shù)、站立次數(shù)、糞便次數(shù)、中央格停留時(shí)間和總距離。每只大鼠測試結(jié)束后清洗方箱內(nèi)壁及底面。

1.2.3 滾輪實(shí)驗(yàn)

測試大鼠的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和平衡能力。水平金屬桿(直徑3 cm)長約為50 cm，用金屬板分隔為5段，用擋板隔開大鼠彼此不受影響，轉(zhuǎn)速16 r·min-1。大鼠在轉(zhuǎn)桿上開始爬行后儀器自動(dòng)記時(shí)，從轉(zhuǎn)桿跌落下來時(shí)可以被紅外裝置所監(jiān)測，自動(dòng)停止記時(shí)并顯示大鼠在轉(zhuǎn)桿上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。如大鼠轉(zhuǎn)桿時(shí)間不足5 min，記錄實(shí)際時(shí)間；如超過5 min，記為5 min。初次學(xué)習(xí)3 d后測試，每天練習(xí)3次。測試時(shí)進(jìn)行3次，取平均值。

1.2.4 Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)

動(dòng)態(tài)跟蹤評(píng)價(jià)空間定位的學(xué)習(xí)、記憶能力。Morris水迷宮分析系統(tǒng)由水池(直徑120 cm，水深22 cm)，逃避平臺(tái)(直徑9 cm，高21.5 cm)，攝像頭和電腦組成。水溫保持在(24±2) ℃，平臺(tái)位于水面下2 cm，與池壁的垂直距離為20 cm。前4天行定位航行實(shí)驗(yàn)，考查其學(xué)習(xí)能力，第5天行空間探索實(shí)驗(yàn)，考察其對原平臺(tái)的記憶能力[6]。評(píng)價(jià)指標(biāo)：逃逸潛伏期，穿越目標(biāo)象限時(shí)間，搜索軌跡。

行滾輪實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)。將水池分為4個(gè)象限，將大鼠從每個(gè)象限中點(diǎn)頭朝池壁放入水中，記錄大鼠從入水直至找到平臺(tái)的時(shí)間(即逃逸潛伏期)。每天每只大鼠從每個(gè)象限入水測試1次，連續(xù)訓(xùn)練4天，以此考察空間學(xué)習(xí)能力。第5天撤去平臺(tái)，記錄大鼠從入水直至找到原平臺(tái)的時(shí)間，以此考察記憶保持能力。如果動(dòng)物在60 s內(nèi)未找到平臺(tái)，時(shí)間記錄為60 s。

1.2.5 海馬組織HE染色

每次行為學(xué)檢測后，4組隨機(jī)選取3只大鼠10%水合氯醛麻醉，剪開胸腔，暴露心臟，從左心尖處插入灌流針，剪開右心耳。先用生理鹽水進(jìn)行灌流，待血液沖洗干凈后改用4%多聚甲醛繼續(xù)灌流約15 min，待小鼠四肢僵硬，斷頭取腦置4%多聚甲醛中4℃過夜。多聚甲醛固定腦組織，石蠟包埋，連續(xù)冠狀面5 μm厚切片，行HE染色。顯微鏡觀察病理學(xué)組織改變，拍照，并隨機(jī)觀察5視野，采用HPIAS-1000高清晰度彩色病理圖文分析系統(tǒng)，行細(xì)胞計(jì)數(shù)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果(Results)

2.1 新生鼠PFOS慢暴露后的一般情況觀察

染毒早期各組動(dòng)物飲食和運(yùn)動(dòng)狀況均良好。染毒4周，P10和P20兩組幼鼠表現(xiàn)亢奮，并對聲音、光線敏感，出現(xiàn)消瘦，肛門周圍被毛糞便沾染嚴(yán)重，躁動(dòng)不安，P20組表現(xiàn)得更加明顯。而在幼鼠成年以后，則出現(xiàn)呆滯、懶動(dòng)。P5組在染毒期間從幼鼠到成年與Con組比較一般狀況無明顯差異。

2.2 新生鼠PFOS慢暴露對體重的影響

圖1顯示：從染毒8 d開始，P20組幼鼠體重增長與對照組比較出現(xiàn)減緩(P<0.05)；從染毒12 d開始，P20組幼鼠體重低于P5組(P<0.05)(見圖A)，隨著染毒時(shí)間延長差異表現(xiàn)得更加明顯，這種差異一直持續(xù)到成年期(見圖B)。且P5組在染毒8周時(shí)，體重與Con組比較，也明顯減輕(P<0.05)。

2.3 新生鼠PFOS慢暴露對死亡率的影響

表1顯示，在染毒期間，P10組和P20組幼鼠都出現(xiàn)中毒并引發(fā)死亡。其中，P10組幼鼠死亡6只，P20組幼鼠死亡13只。對其進(jìn)行解剖觀察，發(fā)現(xiàn)肝臟腫大，伴有彌漫白色質(zhì)硬結(jié)節(jié)，考慮與肝臟毒性有關(guān)。而P5組幼鼠未發(fā)生死亡。

圖1 新生鼠PFOS慢暴露對體重的影響注：圖A為4、8、12、21天體重比較；圖B為4、8、12周體重比較。與Con組比較,aP<0.05，bP<0.01；與P5組比較，cP<0.05，dP<0.01。P5、P10、P20分別為5 mg·kg-1、10 mg·kg-1、20 mg·kg-1 PFOS組。Fig. 1 The effects of chronic neonatal exposure to PFOS on body weight in ratsNote: A, weight on 4, 8, 12, 21 day; B, weight on 4, 8, 12 week. bP<0.01, aP<0.05 vs Con group; dP<0.01, cP<0.05 vs P5 group. P5, P10, P20 are 5 mg·kg-1, 10 mg·kg-1, 20 mg·kg-1 PFOS treatment groups.

2.4新生鼠PFOS慢暴露神經(jīng)行為觀察

2.4.1 Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)觀察

圖2顯示，4周時(shí)行水迷宮實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)時(shí)各組逃逸潛伏期均隨時(shí)間增加而呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，說明各組幼鼠均有一定的學(xué)習(xí)能力，Con組幼鼠逃逸潛伏期下降最快(見圖A)。水迷宮實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的第2天，P5、P10和P20組的逃逸潛伏期即長于Con組，并在之后的第4天P10、P20組出現(xiàn)顯著性差異(P<0.01，P<0.01)，這種差異一直持續(xù)到成年后，其游泳軌跡見圖B。而P5組在染毒8周時(shí)逃逸潛伏期也長于Con組(P<0.05)(見圖C)，目標(biāo)象限停留時(shí)間也在染毒12周時(shí)短于Con組(P<0.05)(見圖D)。

圖2 新生鼠PFOS慢暴露對空間學(xué)習(xí)記憶能力的影響注：圖A為4周水迷宮學(xué)習(xí)時(shí)逃逸潛伏期比較；圖B為4、8、12周搜索軌跡；圖C為4、8、12周逃逸潛伏期比較；圖D為4、8、12周目標(biāo)象限停留時(shí)間比較。與Con比較，aP<0.05，bP<0.01；與P5組比較，cP<0.05，dP<0.01。Fig. 2 The effects of chronic neonatal exposure to PFOS on spatial learning and memory in ratsNote: A, Escape latency on 4 week; B, Swimming trajectories on 4, 8, 12 week; C, Escape latency on 4, 8, 12 week; D, Residence time in target quadrant on 4, 8, 12 week; bP<0.01, aP<0.05 vs Con group; dP<0.01, cP<0.05 vs P5 group.

組別Group總數(shù)/只Totality/individuals4周/只4weeks/individuals8周/只8weeks/individuals12周/只12weeks/individuals死亡數(shù)/只Mortality/individual死亡率/%Mortalityrate%Con2000000P52000000P1020411630P20208411365

2.4.2 曠場實(shí)驗(yàn)觀察

表2、3、4顯示：P10、P20組與Con組比較，染毒4周中央格停留時(shí)間長(P<0.01, P<0.01)，站立次數(shù)少(P<0.01, P<0.01)，總距離短(P<0.01, P<0.01)，而修飾次數(shù)、糞便次數(shù)無明顯差異(P>0.05, P>0.05)，這種影響一直持續(xù)到成年。而在染毒12周時(shí)，與對照組比較，P5組幼鼠也在中央格停留時(shí)間明顯延長(P<0.05)，站立次數(shù)減少(P<0.05)，總行走距離縮短(P<0.05)，均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2.4.3 滾輪實(shí)驗(yàn)觀察

圖3顯示，P5組幼鼠在染毒4、8、12周時(shí), 在轉(zhuǎn)桿上持續(xù)的時(shí)間與Con組比較均無顯著性差異(P>0.05)。

圖3 新生鼠PFOS低劑量慢暴露后滾輪實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig. 3 The rotarod test results of rats after chronic neonatal exposure to low dose PFOS

表2 PFOS染毒4周曠場實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注：與Con比較,bP<0.01；與P5組比較,cP<0.05,dP<0.01。

Note:bP<0.01 vs Con group;dP<0.01,cP<0.05 vs P5 group.

表3 PFOS染毒8周曠場實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注：與Con比較,aP<0.05,bP<0.01；與P5組比較，cP<0.05，dP<0.01。

Note:bP<0.01,aP<0.05 vs Con group;dP<0.01,cP<0.05 vs P5 group.

表4 PFOS 染毒12周曠場實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注：與Con比較,aP<0.05,bP<0.01；與P5組比較，cP<0.05。

Note:bP<0.01,aP<0.05 vs Con group;cP<0.05 vs P5 group.

2.5 海馬組織HE染色

圖4顯示，染毒早期P5組與Con組海馬區(qū)形態(tài)學(xué)觀察比較無明顯差異，但在染毒12周時(shí)，P5組出現(xiàn)神經(jīng)元排列紊亂、輪廓模糊、核固縮及胞體脹大、胞漿空泡形成(見圖A和圖B)，并且CA1區(qū)和海馬齒狀回閂區(qū)神經(jīng)前體細(xì)胞數(shù)量也少于Con組(P<0.01，P<0.01)(見圖C和圖D)。

3 討論(Discussion)

PFOS作為一種廣泛存在的環(huán)境持久有機(jī)污染物，在人體的半衰期一般為4～6 y[7]，它的神經(jīng)毒性作用正在引起廣泛關(guān)注。有學(xué)者報(bào)道，PFOS神經(jīng)毒性與細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高以及鈣通道的破壞有關(guān)[8-10]。劉冰等[11]以2、8、32和128 mg·kg-1的PFOS染毒W(wǎng)istar大鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對照組相比，暴露后大鼠海馬細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度顯著升高，而且隨著染毒劑量的增加而升高。李瑩等[12]通過染毒大鼠(PFOS劑量為50、100和200 mg·kg- 1)，利用免疫組織化學(xué)方法和顯微圖像分析技術(shù)分析大鼠腦組織切片中谷氨酸反應(yīng)陽性細(xì)胞的陽性面積比，平均積分吸光度情況，發(fā)現(xiàn)大鼠大腦皮層、海馬、小腦中兩指標(biāo)與對照組相比均明顯升高，表明PFOS可導(dǎo)致谷氨酸表達(dá)水平上調(diào)，故認(rèn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中谷氨酸含量的升高可能是PFOS神經(jīng)毒性機(jī)制之一。另外，Austin等[13]發(fā)現(xiàn)腹腔注射PFOS(10 mg·kg- 1，共2周)能夠增加大鼠腦內(nèi)的腎上腺素的濃度。

高濃度PFOS暴露的毒理學(xué)效應(yīng)已被廣泛研究，而低濃度PFOS的毒性效應(yīng)常常被忽視，尤其，低濃度慢性PFOS暴露更接近實(shí)際的人類環(huán)境污染。Johansson等[14]用PFOS(1.4 和 21 μmol·kg- 1)處理PND10新生小鼠，發(fā)現(xiàn)21 μmol·kg-1濃度組可以引起小鼠的認(rèn)知功能損傷，并且導(dǎo)致自發(fā)行為(如運(yùn)動(dòng)、飲食和總體活動(dòng))減少，且這種神經(jīng)毒性作用持續(xù)到成年期(4月齡)。Fuentes等[15]對孕期12～18 d的小鼠進(jìn)行6 mg·kg-1PFOS灌胃染毒，導(dǎo)致其后代成年后空間記憶功能損傷以及行為缺陷。王玉等[16]使用PFOS的水溶液(5 mg和15 mg)對Wistar仔鼠采用圍產(chǎn)期暴露至產(chǎn)后6周，發(fā)現(xiàn)高濃度組15 mg導(dǎo)致大鼠學(xué)習(xí)記憶能力下降，而低濃度組5 mg對大鼠學(xué)習(xí)記憶能力無明顯影響，但成年后的變化未有觀察。本研究通過Morris水迷宮空間記憶行為學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，低濃度慢性PFOS暴露，早期對幼鼠逃逸潛伏期和目標(biāo)象限停留時(shí)間影響不大，但成年后其逃逸潛伏期明顯延長，目標(biāo)象限停留時(shí)間明顯縮短。表明，新生鼠低劑量慢性PFOS暴露早期對幼鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力影響不明顯，但會(huì)在成年后導(dǎo)致其空間學(xué)習(xí)記憶能力的下降。

曠場實(shí)驗(yàn)又稱敞箱實(shí)驗(yàn)，是評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在新環(huán)境中自主運(yùn)動(dòng)、探究行為與緊張度的一種方法。水平跨越格子數(shù)及直立次數(shù)是動(dòng)物在新環(huán)境中探索行為及興奮性的反映，中央格停留時(shí)間是動(dòng)物空間認(rèn)知能力的反映。正常動(dòng)物會(huì)避開空曠環(huán)境，迅速離開中央格，沿周邊活動(dòng)，因而水平跨越格子數(shù)及直立次數(shù)較多，而中央格停留時(shí)間較短。如果動(dòng)物在新環(huán)境中的探究能力和認(rèn)知能力差，則停留在中央格的時(shí)間就會(huì)延長，而水平跨越格子數(shù)及直立次數(shù)減少。本研究結(jié)果顯示，P10組與P20組在中央格停留時(shí)間較長，站立次數(shù)及總距離較短，PFOS低濃度慢性暴露P5組大鼠成年后，其自主活動(dòng)能力和探究能力均明顯減低。表明PFOS可以損傷小鼠成年后的自主和探索行為。Butenhoff等[17]研究證明，PFOS能夠使大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮氨基酸和谷氨酸合成酶的含量降低，減弱小鼠的感官活動(dòng)和自主行為能力。但在滾輪實(shí)驗(yàn)中PFOS低濃度P5組與對照組比較，發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)桿持續(xù)時(shí)間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，表明低濃度慢性PFOS暴露對幼鼠成年后的肌肉協(xié)調(diào)和抓力無明顯影響。

以往發(fā)現(xiàn)，PFOS暴露能影響大鼠的生長發(fā)育[18-20]。本研究發(fā)現(xiàn)新生鼠給予中、高劑量的PFOS暴露，在暴露8 d，體重即出現(xiàn)增長減緩，甚至出現(xiàn)死亡，而低劑量暴露大鼠在染毒早期體重增長與對照組無明顯差異，而在持續(xù)暴露12周后其體重與對照組比較也出現(xiàn)減輕。一些研究認(rèn)為PFOS可能通過干擾發(fā)育有關(guān)基因表達(dá)，是造成大鼠、小鼠和斑馬魚中發(fā)育遲緩和體重降低的原因[21-23]。進(jìn)入機(jī)體內(nèi)的PFOS，主要分布于肝、血清以及包括大腦皮質(zhì)，海馬，下丘腦等各個(gè)腦區(qū)。嚙齒類動(dòng)物大約在出生后3周內(nèi)，腦發(fā)育處于快速生長和突觸大量發(fā)生的時(shí)期被稱為生長突增(growth spurts)期，運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知能力以及情感的成熟與這段時(shí)期的突觸重塑和聯(lián)接強(qiáng)化密切相關(guān)[24]。海馬組織主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)信息，是人類學(xué)習(xí)和記憶的關(guān)鍵部位。研究表明，海馬是PFOS的一個(gè)主要的靶器官，也是PFOS的主要富集部位。李瑩等[12]發(fā)現(xiàn)PFOS高劑量急性染毒中,PFOS可以導(dǎo)致腦組織神經(jīng)元減少、胞體脹大、膠質(zhì)細(xì)胞增生等現(xiàn)象，提示PFOS可能直接損傷細(xì)胞或者間接繼發(fā)性作用于神經(jīng)元,引起相應(yīng)的病理性變化，這與我們的研究相一致。本研究中，隨著PFOS暴露時(shí)間延長，海馬神經(jīng)元細(xì)胞增殖能力減弱，細(xì)胞凋亡，從而進(jìn)一步影響突觸可塑性和長時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)，造成學(xué)習(xí)記憶能力的缺陷。故我們認(rèn)為早期低劑量慢性暴露PFOS可引起大鼠成年后學(xué)習(xí)記憶力減退。海馬神經(jīng)發(fā)生不足，組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，引起海馬環(huán)路的損傷是導(dǎo)致神經(jīng)行為異常的重要原因。

致謝：謹(jǐn)以此文紀(jì)念中國科學(xué)院資深院士、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員，著名有機(jī)地球化學(xué)與沉積學(xué)家傅家謨教授，以此表達(dá)對傅家謨院士的深切懷念和崇高敬意!

[1] Mayilswami S, Krishnan K, Megharaj M, et al. Chronic PFOS exposure alters the expression of neuronal development-related human homologues in Eisenia fetida [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2014, 110: 288-297

[2] Loccisano A E, Campbell J L, Butenhoff J L, et al. Evaluation of placental and lactational pharmacokinetics of PFOA and PFOS in the pregnant, lactating, fetal and neonatal rat using a physiologically based pharmacokinetic model [J]. Reproductive Toxicology, 2012, 33(4): 468-490

[3] Lee Y Y, Wong C K C, Oger C, et al. Prenatal exposure to the contaminant perfluorooctane sulfonate elevates lipid peroxidation during mouse fetal development but not in the pregnant dam[J]. Free Radical Research, 2015, 49(8): 1015-1025

[4] Luebker D, York R G, Hansen K J, et al. Neonatal mortality from in utero exposure to perfluorooctanesulfonate (PFOS) in Sprague-Dawley rats: Dose-response, and biochenmical and pharamacokinetic parameters [J].Toxicology, 2005, 215(1-2): 149-169

[5] Viberg H, Fredriksson A. Neonatal exposure to sucralose does not alter biochemical markers of neuronal development or adult behavior [J]. Nutrition, 2011, 27(1): 81-85

[6] Lopez L L, Hauser J, Feldon J, et al. Evaluating spatial memory function in mice: A within-subjects comparison between the water maze test and its adaptation to dry land[J]. Behavioural Brain Research, 2010, 209(1): 85-92

[7] Trudel D, Horowitz L, Wormuth M, et al. Estimating consumer exposure to PFOS and PFOA[J].Risk Analysis,2008, 28(2): 251-269

[8] Lv Q Y, Wan B, Guo L H, et al. In vivo immunotoxicity of perfluorooctane sulfonate in BALB/c mice: Identification of T-cell receptorand calcium-mediated signaling pathway disruption through gene expression profiling of the spleen[J]. Chemicobiological Interctions, 2015, 240: 84-93

[9] Liu X, Liu W, Jin Y, et al. Effects of subchronic perfluorooctane sulfonate exposure of rats on calcium dependent signaling moleculesin the brain tissue [J]. Archives of Toxicology, 2010, 84(6): 471-479

[10] Wang F, Liu W, Jin Y, et al. Transcriptional effects of prenatal and neonatal exposure to PFOS in developing rat brain[J]. Environmental Science & Technology, 2010, 44(5): 1847 -1853

[11] 劉冰. 全氟辛烷磺酸對大鼠海馬細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的影響[D]. 沈陽: 中國醫(yī)科大學(xué), 2007

Liu B. Perfluorooctane sulfonic acid in rat hippocampal cells in the effect of calcium ion concentration [D]. Shenyang: China Medical University, 2007 (in Chinese)

[12] 李瑩, 金一和. 全氟辛磺酸對大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)谷氨酸含量的影響[J]. 毒理學(xué)雜志, 2004, 18(4): 232-234

Li Y, Jin Y H. The influence of glutamate content in the central nervous system of rats by perfluorooctanesulfonic acid [J]. Toxicology Journal, 2004, 18(4): 232-234 (in Chinese)

[13] Austin M E, Kasturi B S, Barber M, et al. Neuroendocrine effects of perfluorooctanesulfonate in rats [J]. Environmental Health Perspectives, 2003, 111: 1485-1489

[14] Johansson N, Fredriksson A, Eriksson P. Neonatal exposure to perfluorooctane sulfonate (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA)causes neurobehavioural defects in adult mice [J]. Neurotoxicology, 2008, 29(1): 160-169

[15] Fuentes S, Vicens P, Colomina M T, et al. Behavioral effects in adult mice exposed to perfluorooctanesulfonate (PFOS) [J]. Toxicology, 2007, 242(1-3): 123-129

[16] 王玉, 張倩, 劉薇, 等. 胚胎期和哺乳期全氟辛烷磺酸(PFOS)暴露致大鼠學(xué)習(xí)記憶能力下降[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2013, 8(5): 671-677

Wang Y, Zhang Q, Liu W, et al. Decline of learning and memory abilities in rats induced by prenatal and lactational exposure to perfluorooctane sulfonate (PFOS) [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2013, 8(5): 671-677(in Chinese)

[17] Butenhoff J L, Ehresman D J, Chang S C, et al. Gestational and lactational exposure to potassium perfluorooctanesulfonate (K+PFOS) in rats: Developmental neurotoxicity [J]. Reproductive Toxicology, 2009, 27(3-4): 319-330

[18] Han J, Fang Z Q. Estrogenic effects, reproductive impairment and developmental toxicity in ovoviparous swordtail fish (Xiphophorus helleri) exposed to perfluorooctane sulfonate (PFOS) [J]. Aquatic Toxicology, 2010, 99(2): 281-290

[19] 文永霞, 馬文智, 劉香, 等. 全氟辛烷磺酸新生發(fā)育期脅迫致雌性大鼠成年期生育能力下降和子代不育[J]. 職業(yè)與健康, 2015, 24: 3399-3402

Wen Y X, Ma W Z, Liu X, et al. Reduced fertility and offspring infertility of adult female rats induced by perfluorooctane sulfonateexposed in growth and development stages [J]. Occupational and Health, 2015, 24: 3399-3402 (in Chinese)

[20] 馬文智, 田建英, 楊生森, 等. S-腺苷L-甲硫氨酸對圍產(chǎn)期暴露全氟辛烷磺酸大鼠生殖毒性的拮抗作用[J]. 環(huán)境與健康雜志, 2015, 8: 672-676, 753

Ma W Z, Tian J Y, Yang S S, et al. Antagonistic effects of S-adenosyl L-methionine on PFOS induced reproductive and genetic toxicity in rats [J]. Environmental Health, 2015, 8: 672-676, 753 (in Chinese)

[21] Mondal D, Lopez E M, Armstrong B, et al. Relationships of perfluorooctanoate and perfluorooctane sulfonate serum concentrations between child-mother pairs in a population with perfluorooctanoate exposure from drinking water[J]. Environmental Health Perspectives, 2012, 120(5): 752-757

[22] Zhang L, Li Y Y, Zeng H C, et al. MicroRNA expression changes during zebraftsh development induced by perfluorooctane sulfonate[J]. Journal of Applied Toxicology,2011, 3(31): 210-222

[23] Shi X,Yeung W, Lam P K, et al. Protein profiles in zebraftsh (Danio rerio)embryos exposed to perfluorooctane sulfonat [J].Toxicological Sciences, 2009, 31(10): 330-340

[24] Corballis M C. Memory, growth, evolution, and laterality[M]//Lewandowsky S, Hockley W E. Eds. Relating Theory and Data: Essays on Human Memory in Honor of Bennet B. Murdock. Hillsdale, New Jersey: Lawrence Erlbaum Association, Inc, 2013: 23

◆

The Effect of Neonatal Exposure to Low Dose PFOS on Neural Behavior in Puberty

Yang Shengsen1,2, Guo Ruobing1, Yang Weicai2, Kang Hongxia2, Sha Yongwei2, Tian Jianying2,*

1. Affiliated Hospital of Ningxia Medical University, Yinchuan 750004, China 2. Ningxia Medical University, Yinchuan 750004, China

To observe the effect of neonatal exposure of PFOS on the neural behavior and hippocampus in adult -hood, 80 male neonatal SD rats were randomly divided into control group (Con), PFOS groups in low dose (P5), middle dose (P10) and high dose (P20), with 20 rats in each group. The PND7 rats were treated with PFOS by peritoneal injection till PND90. The Con group was treated with 0.2% Tween-80 saline. The neural behaviors were detected by water maze, open-fieldtest and rotarod test. The morphological changes in hippocampus were observed with HE staining. The results demonstrated that the mortality of rats in P10 and P20 group were higher than that in Con group after 4 weeks exposure (P<0.05), and the weight of rats in P20 group were lower than that in Con group after 8 d exposure (P<0.05). The escape latency was longer and the target quadrant residence time was shorter than that of the Con group in P5 group at 8 weeks and in P10 and P20 group at 4 weeks. The time spent at the center of enclosure was longer, the vertical rearing was less, and the ambulatory distance was shorter for P10, P20 rats at 4 weeks, and for P5 rats at 8 weeks than those in Con group. No significant difference was observed in the performance of rats in Con and P5 groups in rotarod test. The morphology of hippocampus of P5 rats at 12 weeks were observed and showed that the neurons were blurring with nuclear pyknosis. The number of nerve cells in CA1 and the neural precursor cells in dentate gyrus were less in P5 rats (P<0.01). These results demonstrated that chronic and low-dose exposure to PFOS in neonatal rats can impair spatial learning and memory ability in adulthood,which is associated with loss of hippocampal neurons.

PFOS; neonatal rat; nerve behavior; adult; low dose; chronic exposures

10.7524/AJE.1673-5897.20151210001

國家自然科學(xué)基金(No.8160231,81160338)；國家大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目(No:201410752002)；寧夏高校重點(diǎn)項(xiàng)目(NGY2011039)

楊生森(1984-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境因素與神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病發(fā)病機(jī)制及防治，E-mail: shengsen2334@163.com

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: jianyingt@hotmail.com

2015-12-10 錄用日期：2016-02-01

1673-5897(2016)2-307-08

X171.5

A

簡介：田建英，女，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向環(huán)境因素與老年性癡呆的發(fā)病機(jī)制及防治。

楊生森, 郭若冰, 楊維才，等. 新生鼠PFOS低劑量慢暴露對成年后神經(jīng)行為的影響[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2016, 11(2): 307-314

Yang S S, Guo R B, Yang W C, et al. The effect of neonatal exposure to low dose PFOS on neural behavior in puberty [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(2): 307-314 (in Chinese)